(Phys.org) - Une classe d'amoureux de l'eau, des matériaux ressemblant à de la gelée avec des utilisations allant du banal, tels que les protège-couches superabsorbants, au sophistiqué, comme les lentilles de contact souples, pourrait être mis à contribution pour une nouvelle ligne de travail sérieuse :tester les effets biologiques des nanoparticules actuellement envisagées pour une grande variété d'utilisations.

De nouvelles recherches menées par des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) démontrent que les échafaudages tridimensionnels fabriqués avec des cellules et des matériaux de support appelés hydrogels peuvent servir de plates-formes de mesure réalistes pour évaluer comment de minuscules matériaux artificiels interagissent avec les cellules et les tissus. Leur étude de validation de principe suggère que les échafaudages tissulaires en hydrogel peuvent constituer un « pont puissant » entre les tests de laboratoire actuels et les tests utilisant des modèles animaux.

Aujourd'hui, les tests en laboratoire des nanoparticules impliquent généralement l'exposition d'une couche de cellules bidimensionnelle au matériau d'intérêt. En plus d'être des substituts douteux aux structures cellulaires complexes qui composent les tissus et les organes à l'intérieur du corps, ces tests peuvent donner des résultats contradictoires, explique la chimiste analytique Elisabeth Mansfield, chercheur principal sur la nouvelle étude du NIST.

"Notre étude montre qu'à base d'hydrogel, les échafaudages d'ingénierie tissulaire peuvent fournir des environnements plus réalistes pour étudier la biologie cellulaire influencée par les nanoparticules sur de longues périodes, " dit-elle. Surtout, la recherche du NIST montre que les études utilisant l'échafaudage ne nécessitent pas d'exposer les cellules à des nanoparticules à des doses qui dépassent les niveaux d'exposition normaux.

Les hydrogels sont des réseaux de filandreux, des molécules de polymère ramifiées avec des extrémités qui s'accrochent aux molécules d'eau, à tel point que 99,9% d'un hydrogel peut être constitué d'eau. En fonction de l'espacement entre les brins (ce qu'on appelle la taille des mailles) et d'autres facteurs, les hydrogels peuvent soutenir et promouvoir la croissance et la différenciation des populations cellulaires.

Alors que les hydrogels se produisent naturellement - un exemple est le cartilage - l'équipe du NIST a choisi de fabriquer le sien, leur donnant le contrôle sur la taille des mailles des échafaudages qu'ils ont créés.

Dans leur expérience, l'équipe a utilisé du polyéthylène glycol, un polymère couramment utilisé dans les crèmes pour la peau, dentifrice, lubrifiants et autres produits - pour créer trois hydrogels avec différentes tailles de maille. Un ensemble d'hydrogels a été peuplé de cellules de rat contenant des matériaux semi-conducteurs ultrapetits appelés points quantiques. Lorsqu'il est exposé à la lumière, les points quantiques émettent de puissants signaux fluorescents qui ont permis aux chercheurs de suivre le devenir des cellules traitées dans les échafaudages synthétiques.

Les résultats ont été comparés à ceux de cellules traitées de manière similaire cultivées en une seule couche sur un substrat, s'apparentant aux tests toxicologiques de laboratoire standard.

Les chercheurs du NIST ont découvert que les cellules diffusaient à travers l'échafaudage d'hydrogel, formant une structure semblable à un tissu persistant. Points quantiques attachés aux membranes cellulaires et, heures supplémentaires, ont été absorbés dans les cellules.

Des échafaudages tridimensionnels sont souvent utilisés pour tester les cellules pour des expériences de plusieurs semaines, et les chercheurs du NIST ont découvert que les points quantiques peuvent être détectés pendant quatre jours ou plus à l'intérieur de l'échafaudage.

Aussi important, les cellules qui peuplaient les échafaudages d'hydrogel ont été exposées à des niveaux inférieurs de points quantiques, ce qui donne un scénario plus représentatif pour l'évaluation des effets biologiques.

L'équipe du NIST conclut que, par rapport aux cultures cellulaires conventionnelles, les échafaudages d'hydrogel offrent une image plus réaliste, environnement biologique à plus longue durée de vie pour étudier comment les nanoparticules d'ingénierie interagissent avec les cellules. En outre, les échafaudages permettront d'étudier comment ces interactions évoluent au fil du temps et comment les caractéristiques physiques des nanoparticules peuvent changer.